生长分化因子-15及其基因多态性研究

罗东雷 郭靖涛 丁彦 周江

生长分化因子-15及其基因多态性研究

罗东雷 郭靖涛 丁彦 周江

生长分化因子-15； 基因多态性； 心血管疾病

Growth differentiation factor-15； Gene polymorphism； Cardiovascular disease

生长分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF-15）属生长分化因子（GDFs）家族，是转化生长因子-β（transforming growth factor β，TGF-β）超家族成员之一[1]。GDF-15水平在肿瘤、妊娠、神经元损伤及骨骼肌发育异常等多种疾病状态下增高[2-5]，并且还参与心血管疾病的演变过程，在心肌急性缺血、缺血再灌注损伤、心肌肥厚及心力衰竭等病理过程中水平增高，并可能发挥保护性作用。GDF-15的形成依赖于GDF-15基因的作用。GDF-15基因是在应激条件下被诱导表达的可调控基因，执行广泛的保护功能。不同基因型人群GDF-15的表达水平及生物学活性不同，并且与疾病的发生、严重程度和预后相关。目前大部分研究课题都 关 注 于 +2438C/G：rs1058587，-3148C/G：rs4808793，+157A/T：rs1059369 这三个单核苷酸多态性（SNP）。GDF-15基因分型作为一种新的心血管疾病及肿瘤性疾病的评估手段前景广阔。现将GDF-15及其基因多态性的研究作如下综述。

1 GDF-15生物学特点及研究进展

1.1 GDF-15的生物学特点 GDF-15是TGF-β超家族成员之一，有典型的TGF-β超家族的结构特征，最初以二硫键连接形成二聚体形式的前体蛋白，经过fruin样蛋白酶切后形成112氨基酸的成熟蛋白，并与一个二硫化合物，形成同源二聚体分泌出细胞，通过旁分泌和自分泌作用于细胞，执行相应的功能[6]。GDF-15在功能上和其他的TGF-β超家族成员有着明显的区别。GDF-15在生理条件下仅在胎盘组织中有较高水平的表达，而在其他脏器中表达水平较低，在心肌组织表达量微乎其微[7]。在氧化应激条件下，巨噬细胞大量表达GDF-15[8]，并主要由脂肪细胞表达并分泌[9]。GDF-15被表达和分泌后，反过来抑制脂肪细胞的分化[10]。GDF-15在活化后的巨噬细胞中高表达，使GDF-15成熟蛋白在具有相应疾病状态的机体中明显增高，例如GDF-15在心脏、肺脏、肾脏、肝脏中大量表达，主要与手术、毒物、缺血、代谢性酸中毒等因素损伤该脏器有关[10,11]。以上结果表明，GDF-15是一种由应激产生的蛋白并且具有细胞保护作用。

1.2 GDF-15在心血管疾病中的研究 在缺血/再灌注损伤的实验中，心肌GDF-15的高度表达可能部分与一氧化氮合酶催化产生的一氧化氮及过氧亚硝酸盐有关[12]。还有实验发现，小鼠的冠状动脉结扎后高度表达GDF-15，相对于野生的小鼠，GDF-15缺失的小鼠在心脏冠状动脉结扎后导致的心肌梗死区及周围有更多的心肌细胞凋亡。GDF-15的抗心肌肥厚以及抗凋亡作用通过局部心肌的蛋白重组作用实现，对心肌细胞具有明显的保护作用[13,14]。

一项以急性心肌梗死患者作为研究对象的临床研究验证了GDF-15用于急性冠状动脉综合征患者危险分层的价值[15]。研究发现，GDF-15及氨基末端脑钠肽前体（NT-proBNP）都可独立预测患者长期预后。GDF-15血浆水平对于患者的危险分层可以指导高危患者的治疗选择。有研究对非ST段抬高型心肌梗死患者2年随访发现，GDF-15基础水平＞1200 ng/L组可以从介入治疗中获益，而＜1200 ng/L组没有明显差别[16]，这表明GDF-15的分泌功能对患者预后有一定预测作用。

国内一些相关研究发现，急性心肌梗死患者血清GDF-15水平明显升高，但在稳定型心绞痛组中却升高不明显。在冠心病的发展中，随着病情的加重，血清GDF-15水平逐渐升高，提示患者冠心病急性心脏事件的发生与GDF-15水平和炎症反应的进展密切相关[17]，表明GDF-15可能是急性心肌梗死的独立危险因素[18,19]，对评估高危患者及制订治疗策略有指导作用，而GDF-15的形成依赖于GDF-15基因的作用。

2 GDF-15基因的生物学特点

Strelau等[20]研究显示，人GDF-15基因序列位于19p13.1-13.2，包含924个碱基对，由2个外显子和1个内含子构成，并被其内含子分隔开来[21]。GDF-15的基因首先转录翻译成308个氨基酸残基的多肽，最终形成包含224个氨基酸残基的GDF-15成熟蛋白[22]。GDF-15基因的启动子区域含有2个p53和Egrl的结合位点，这是跟心血管疾病有密切关系的转录调节蛋白[23,24]。GDF-15基因的5′端有转录因子AP-1的结合位点[25]。因此可以推测p53、Egrl和AP-1也许会是诱导GDF-15表达的因子，各种细胞损伤因子激活p53、Egrl或AP-1诱导细胞大量表达GDF-15。GDF-15基因非常有可能是一种在应激条件下被诱导表达的可调控基因，可以在体内发挥抗炎、促肿瘤细胞凋亡和抑制生长的作用，从而执行广泛的保护功能。

3 GDF-15基因多态性的检测

GDF-15性质稳定且不受血浆中其他成分包括白蛋白、胆红素或者血红蛋白的影响[26]。目前对血液标本中GDF-15浓度的测定主要采用酶联免疫吸附试验（ELISA），因此浓度测定相对准确。然而单纯应用GDF-15的血清水平作为评估工具有其局限性，GDF-15的血清水平存在个体差异性，并且不同疾病进展的不同时期GDF-15水平不同，因此对GDF-15血清水平进行动态监测的时间点不好掌握。而GDF-15基因型是该个体分泌GDF-15蛋白的特征性信息，短时间内发生变化的可能性不大，从而补充了单纯应用GDF-15循环水平的不足。

4 GDF-15基因多态性的研究

有研究将小鼠冠状动脉进行结扎，敲除GDF-15基因的小鼠较野生小鼠表现出更大的心梗面积，并且梗死后心肌的修复、愈合较差。这表明GDF-15可能参与了心肌缺血损伤自我保护作用[12]。用小鼠建立心衰模型，在相同的心室压力负荷作用下，敲除GDF-15基因的小鼠较野生小鼠表现出更快、更严重的心室扩大和心功能下降，而GDF-15基因表达的小鼠及外周注射GDF-15的小鼠对心室扩大和心功能下降有一定的抵抗能力。这表明GDF-15有助于心肌对抗压力负荷，但具体机制还有待于进一步揭示[13]。

人类GDF-15基因中有数十个SNP位点，其中3 个 SNP，2438C/G：rs1058587，-3148C/G：rs4808793，+157A/T：rs1059369导致了GDF-15前体蛋白的氨基酸序列发生改变，现大部分研究都关注于这三个SNP。目前使用DNA测序的方法可准确可靠地对上述三个SNP进行检测。

4.1 +2438C/G：rs1058587 +2438C/G：rs1058587有C和G两种等位基因。由于rs1058587导致GDF-15成熟蛋白的第6位氨基酸由组氨酸（H）变为天门冬氨酸（D），故将C和G两种等位基因分别表示为H和D[27]。Fairlie等[28]发现，人群rs1058587基因频率为CC54%，CG39%，GG7%，不同基因型之间GDF-15血浆浓度没有统计学差异。

在心血管疾病研究领域中，美国一项对27 628名美国健康女性的研究中，将257名后期出现心血管疾病的患者和257名危险因素匹配的女性阴性对照组的GDF-15血浆水平和rs1058587多态性进行了比较，提示GDF-15基线水平升高和心血管事件的发生有关，而rs1058587多态性和心血管事件没有显著相关性。

在肿瘤性疾病研究领域中，多项研究表明rs1058587多态性与结直肠癌及前列腺癌相关。在结直肠癌患者中，G基因携带者的无复发生存期较短，而总体生存期较长[16]。瑞典的一项研究发现，G基因携带者不易患前列腺癌（OR=0.83，P=0.006）。在曾经有前列腺癌家族史的人群中，G基因携带者患病风险比其他人群降低（OR=0.68，P=0.020），而且前列腺癌患者中携带G基因的有更低级别的癌症分期[29]。澳大利亚的研究人员对此结论进行了验证，结果显示，G基因携带者有较低的前列腺癌风险但无统计学差异（OR=0.85，P=0.11），G基因携带者肿瘤疾病相关性死亡率较其他人群高（HR=1.72，P=0.03）[30]。在瑞典的另一项研究中发现，rs1058587多态性和前列腺癌的病死率无显著相关性[31]。

4.2 -3148C/G：rs4808793 -3148C/G：rs4808793有C和G两种等位基因。rs4808793、rs12459566、rs1059519、rs8101804和rs12459782这五个 SNP有很强的连锁关系（D，>0.9且r2>0.9）[32]，因此可以用其中任意一个来代表全部五个SNP的基因型。

在心血管疾病研究领域中，一项关于中国高血压患者的研究表明，左室肥厚的患者中G基因携带者占比偏少（OR=0.75，P=0.0009），并且 G 基因携带者左心室舒张末期内径和收缩末期内径均偏低，并且独立于性别、年龄、血压、糖尿病、体表面积、吸烟及饮酒等因素，同时G基因携带者的GDF-15血浆水平明显升高[32]。以上表明rs4808793多态性可能是通过增加GDF-15蛋白的表达来实现抗心室肥厚的功能。另一项对192例诊断为冠心病（CAD）的患者和226名健康对照人群的研究发现，rs1059519多态性和CAD的发病及冠脉主要血管的受累数量没有显著关系[33]，但目前还没有涉及rs4808793多态性和CAD预后及CAD患者GDF-15血浆水平的相关研究。

在肿瘤性疾病研究领域中，研究提示rs4808793多态性和前列腺癌风险无关[30,34]，与前列腺癌的病死率也无显著相关性[31]。

4.3 +157A/T：rs1059369 +157A/T：rs1059369 有A和T两种等位基因，然而目前还没有关于该SNP位点的阳性研究报道。一项对中国高血压患者的研究结果提示，rs1059369多态性和心室肥厚之间没有显著相关性[13]。在肿瘤疾病方面，研究提示rs1059369多态性和前列腺癌风险无关[15,34]，与前列腺癌的病死率亦无显著相关性[31]。

5 GDF-15基因多态性在心血管疾病中的应用前景

GDF-15血清水平与疾病的严重程度和预后有显著相关性，GDF-15的基因型也可能影响了GDF-15分泌的潜能和蛋白活性，在疾病发病和发展过程中发挥了重要作用。目前较多研究支持rs1058587多态性影响了GDF-15的生物活性。GDF-15基因多态性是否能够作为心血管疾病的评估工具来预测疾病的发病、严重程度及预后，在发病前积极预防，发病后适当关注，合理利用医疗资源等方面值得探索。

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河北省医学科学研究重点课题计划（项目编号：20120483）

作者单位：067000 河北省承德市，承德市中心医院承德医学院第二附属医院心内科

郭靖涛，E-mail：guojingtao6410@sina.com

10．3969/j．issn．1672－5301．2015．07．002

R54

A

1672-5301（2015）07-0581－04

2015-05-05）